1、動物胃腸肽的研究進展胃腸肽(gut peptide or gastrointestinal peptide)是指神經組織及內分泌組織所產生和釋放，并起著循環激素及（或）局部調節肽和（或）神經遞質作用的活性肽類物質1。胃腸肽主要由胃腸道的物理或營養刺激而產生，起自分泌、旁分泌和神經分泌調節信號的作用。多種胃腸肽同時在中樞神經系統內起作用，被稱為腦腸肽，是中樞神經系統和胃腸道代謝信息反饋的通道2。近年來的研究發現，胃腸肽不僅參與動物機體對攝食和營養攝取等活動的調控，而且還參與胃腸酶分泌，消化道運動，胰腺等消化腺體的生長及分泌，血糖調節，免疫活動調節，休克保護，癌癥細胞的發育調節等一系列重要功能的調

2、節和控制，因而已成為動物生理代謝及信號傳遞途徑領域新的研究熱點，本文就動物胃腸肽的研究歷史、主要類型、結構、功能及對性成熟影響等方面的研究進展進行綜述。1 胃腸肽的研究歷史及其概述1.1 胃腸肽的定義和發現促胰腺素(secretin)是第一種被發現的胃腸肽，于1902年由Bayliss W M 和Starling E H 于胰腺中發現3。Yehuda Handelsman 和 Daniel Portel 指出此發現不僅是胃腸肽研究的起點，同時也是整個內分泌學的開端4。隨著技術的不斷進步，二十世紀六十年代以來，大量胃腸肽先后被發現。二十世紀六十年代，胃泌素5和分泌素6幾乎同時被純化，開啟了內分泌

3、生化時代的大門。到目前為止，已經發現了40余種胃腸肽4，胃腸肽的研究在內分泌學研究方面占據了重要地位。1.2 胃腸肽的基本特征胃腸肽由胃腸道不同細胞分泌，相互之間結構和功能差異較大。但是大多數胃腸肽都有一些共同的特征：(1)胃腸肽的生化基礎不隨組織變化而變化，因此胃腸肽在不同部位的受體及作用機制都是相同的；(2)胃腸肽往往以多種形式存在，更小、更有活性的形式包含在更大且更穩定但活性更低的形式之內。不同胃腸肽可能具有相同的肽鏈特征，但是卻不能說明其是否有相同的起源或者只是趨同演化的效應；(3)所有胃腸肽基底水平都很低(<100pg/mL)，通常是由大分子前體形態存在。其前體濃度較高，活性較

4、低，在相關刺激的作用下胃腸肽活性濃度可從基底水平提高1-4倍；(4)局部旁分泌劑可以影響胃腸肽的釋放(如鈴蟾肽刺激胃泌素、膽囊收縮素、胰多肽和胰高血糖素分泌；而生長激素抑制素能抑制幾乎所有種類的胃腸肽釋放)，這些旁分泌劑也可以以同樣的方式直接作用于目標組織；(5)胃腸道內分泌細胞既分泌胃腸肽入血，也分泌其進入腸道，腸道分泌的作用不甚明了，可能是用來調節黏膜發育；(6)不同胃腸肽往往對中樞或外周神經系統或者胃腸道受體起相同類型的作用，用以增效彼此的反應。此時阻斷某一個胃腸肽的反應即可阻斷所有其他激素的反應。胃腸肽的作用分神經介導的反應和體液介導的反應，其中神經介導的反應隨作用對象不同而有很大差別

5、，對腸道的刺激作用相當明顯，而對肝臟則幾乎沒有任何作用；(7)盡管腎臟內有某些使特定胃腸肽失活的酶，但大多數的胃腸肽是在毛細血管床上非特異性分解而失活的；(8)很多胃腸肽也作為神經遞質而存在，如腦啡肽，血管活性腸肽和胃泌素7。1.3 胃腸肽的主要種類胃腸肽主要由胃腸道(主要是胃和小腸)及其附屬腺體分泌。已知的胃腸肽主要有膽囊收縮素(cholecystokinin , CCK)、胃促生長素(ghrelin , GRL)、胃泌瘦素(gastric lep-tin, gastric LPT)、酪酪肽(peptide tyrosine-tyrosine , PYY)、胰高血糖素樣肽-1(glucago

6、n-like peptide-1 , GLP-1)、血管活性腸肽(vasoactive intestinal peptide , VIP)、胃泌素(gastrin)、淀粉不溶素(amylin)、胃泌酸調節素(oxyntomodulin)4、胰多肽(pancreatic poly-peptide , PP)8、胃泌素抑制素(gastric inhibitory peptide , GIP)9、以及胃泌素釋放素(gastric releasing peptide,GRP)10等。表1.1是目前發現的主要胃腸肽的種類及其分泌部位：表1.1 幾種常見的胃腸肽及其分1.4 胃腸肽分泌與攝食及營養的關系胃

7、腸肽的基本職能是調節食物攝取，從而達到體內營養與能量的平衡。其基本過程是食物與胃腸道接觸后，引起胃腸肽類激素釋放，通過血液循環進入腦內，通過調節腦內相關攝食中樞活動影響攝食。在腦內，下丘腦弓狀核是外圍代謝信號調控中樞，而腦干孤束核則是這些信號的主要通路11。腦內本身就有調節食欲行為的相關激素，如神經肽Y(melanocyte stimulating hormone , NPY)、刺鼠基因相關蛋白(agoutigene-related protein , AgRP)及食欲素(orexin)等刺激信號，阿黑皮素原(pro-opiomelanocortin , POMC)及-黑素皮質激素(-mela

8、nocyte stimulating hor-mone ,-MSN)等抑制信號，這些激素都能接受胃腸肽信號，從而調節攝食帶來的滿足感11。在接受刺激分泌胃腸肽過程中，胃主要是接受機械刺激，通過食物對胃的擴張作用促使相關激素的分泌12，在胃內放置氣球等非營養物質也能達到類似的效果。原因可能是胃本身是一個食物計量容器，靠食物與胃的機械作用最終確定食量，但是胃內壓和胃的實際容積對食物攝取量幾乎沒有影響13。而腸道胃腸肽激素的分泌和滿足信號的產生則主要是由營養物質的吸收而誘導的，且腸道釋放的多肽激素大多可以延緩胃排空，形成長期滿足，降低攝食12。如在腸道內有一種被稱為“回腸剎車”的機制，即在遠端小腸被

9、浸入營養物質中時，將大大降低攝食量14。具體體現在在回腸中，脂肪和糖類刺激腸粘膜，激活“回腸剎車”，有效地抑制胃排空和小腸運輸，抑制胃酸、胰腺酶和膽汁酸的分泌12，抑制攝食，從而降低能量攝入。“回腸剎車”是兩種胃腸肽PYY和GLP-1共同介導的結果15。胃腸肽通過這種精確的調節控制機制，增加或者減少食物的攝取量，從而構成體內能量平衡調控的重要一環12。有一種被稱為胃腸搭橋術的手術，由于其能降低體內 ghrelin 濃度，提高PYY濃度，因此能有效地降低食欲，減輕體重，而沒有任何副作用8，胃腸肽的作用正是這種手術能夠發揮其效果的根本原因。2 主要胃腸肽的結構和功能2.1 膽囊收縮素2.1.1 定

10、義膽囊收縮素(cholecystokinin , CCK)是Mutt和Jorpes于1968年發現的一種能促進膽囊收縮和胰腺酶分泌的肽類激素16。最早被發現的膽囊收縮素活性形態為CCK-33，隨著研究的深入，人們逐漸發現了膽囊收縮素其他的活性形態。膽囊收縮素主要由小腸內分泌I-細胞合并分泌，另外在垂體中也有合成，腎上腺髓質中也有少量膽囊收縮素合成。在胃腸道中，膽囊收縮素主要是作為一種胃腸肽，而在腦內，膽囊收縮素作為一種神經遞質而廣泛分布，膽囊收縮素是腦中最為豐富的一種肽類激素16。2.1.2 結構人類編碼膽囊收縮素的基因位于3號染色體上，擁有一個較小的內含子和另一個較大的內含子；擁有三個外顯子

11、，但是第一個外顯子不編碼氨基酸序列。膽囊收縮素基因沒有明顯的特殊結構域。膽囊收縮素所有形態都是同一條mRNA翻譯的產物。這條mRNA擁有750個堿基，其中348個堿基是多肽編碼序列，編碼115個氨基酸殘基序列。這115個氨基酸殘基組成了膽囊收縮素前體序列，其中前20個氨基酸殘基組成其信號肽序列，緊接著信號肽的是一個在不同物種之間差異很大的區域，而從第58個氨基酸殘基開始是具有生物活性的膽囊收縮素成熟肽序列，這一部分的序列變異較小，成熟肽序列之后是酰胺化信號等翻譯后成熟信號。成熟的膽囊收縮素是一組擁有相同C-端末端的多肽，其末端為一個-酰胺化和O-硫酸化的七肽保守序列。此序列在不同物種之間差異極

12、小，在人類中，此序列是-Tyr(SO4)MetGlyTrpMetAspPheNH216。盡管C-端序列類似，膽囊收縮素卻因其拼接長度不同而有CCK-5、CCK-22、CCK-33、CCK-58、CCK-83等不同活性形式。其中CCK-8、CCK-22、CCK-33、CCK-58是人體內膽囊收縮素主要的活性形式，其他形式或存在于其他物種中16。不同的多肽序列之間的功能差異較小，主要是活性大小和半衰期的差異。其中在人體內以CCK-8的活性更高，而CCK-33及CCK-58 的半衰期更長。這些差異的原因可能是由于較短的序列更有利于活性中心與受體結合，而較長的序列則由于形成了穩定的三級結構等因素的影響

13、而在生物體內有更高的穩定性17。圖2.1 膽囊收縮素及其相近多臺的保守區域在生物體內，類似膽囊收縮素C-端結構的多肽還有很多，它們屬于一個被稱為胃泌素/膽囊收縮素超家族的多肽家族中，如上圖2.1是此超家族的一些代表性多肽16。2.1.3 受體一般來說，膽囊收縮素在生物體內主要有兩種類型的受體，分別被稱為CCKA和CCKB。CCKA受體，又被稱為食欲的膽囊收縮素受體，介導膽囊收縮，奧狄括約肌松弛，胰腺的生長和胰腺的酶分泌，延遲胃排空以及抑制胃酸分泌。其通過結合酰胺化的位點和硫酸化的位點識別膽囊收縮素，選擇性較強，只與膽囊收縮素結合16。CCKA主要分布在腸神經元，迷走神經傳入單元，腦區和胰腺上1

14、8。而CCKB受體，被稱為大腦的膽囊收縮素受體，主要在腦中表達，其選擇性較差，會結合非硫酸化的膽囊收縮素受體以及胃泌素以及其他同族多肽的 C-端片段，因此是膽囊收縮素和胃泌素的共同受體16。CCKB受體主要分布在腦內，迷走神經傳入神經單元，同時，在胃內也有發現18，主要在膽囊收縮素的神經遞質作用中發揮受體作用。2.1.4 主要功能調節攝食膽囊收縮素與食欲調節的研究開始于1973年，Gibbs et al.發現外源注入膽囊收縮素可以劑量依賴性地抑制食物獲取16，此后隨著研究的不斷深入，人們逐漸認識到膽囊收縮素是一種典型的抑制食欲多肽，也被稱為滿足肽18。膽囊收縮素對食欲的調控是在生理劑量內發生的

15、，遠遠小于藥理劑量18。作為一種典型的滿足肽，膽囊收縮素既可以產生短期飽腹感，又可以產生長期效應，降低食物獲取，以此來平衡食物獲取和體重穩定之間的矛盾18。膽囊收縮素降低食欲的作用依賴于完整的迷走神經系統19，迷走神經傳入神經被阻斷后，膽囊收縮素對食欲的抑制作用消失。膽囊收縮素介導的抑制食欲信號通過胃內的受體傳入迷走神經傳入纖維，通過孤束核和最后區，作用于下丘腦的食欲調節中樞，從而起到抑制食欲的作用16。在整個調節過程中有中樞皮質素系統的參與和調節18。膽囊收縮素對食欲的影響在使用競爭性抑制劑處理后消失20。膽囊收縮素受體缺乏的OLETF(Otsuka Long-Evans Tokushima

16、 Fatty)大鼠表現出明顯的貪食和肥胖癥狀，且對外源的膽囊收縮素注入不敏感20。研究表明，膽囊收縮素和瘦素都能降低動物對甜味的口感20，另外膽囊收縮素還能引發條件性味覺厭惡，甚至引起胃部不適21。這些作用都能增強其對攝食的抑制效果。在魚體內，膽囊收縮素同樣可以發揮抑制食欲的作用。如在硬骨魚中膽囊收縮素能夠誘導膽囊收縮，延緩胃排空以及增加腸蠕動22。攝食后金魚腦內膽囊收縮素含量升高，在黃鰭短須石首魚幽門盲囊中也出現類似的現象23。無論是在腦內還是在外周注射膽囊收縮素都能降低金魚攝食量，投喂膽囊收縮素降低黑鱸的食量22。刺激消化道肌肉運動膽囊收縮素對消化道很多肌肉運動都有調節作用。首先，膽囊收縮

17、素對膽囊排空有刺激作用，是刺激膽囊排空和膽汁分泌的最強信號。膽囊肌肉中有 CCKA受體，能根據血漿中膽囊收縮素的濃度介導膽囊肌肉收縮的力度16。由膽囊收縮素引發的膽囊不正常收縮可能引發膽囊結石24。此外，膽囊收縮素還能通過松弛總膽管括約肌和奧狄括約肌介導膽汁進入十二指腸16。除了對膽囊肌肉的支配，膽囊收縮素還能通過對胃、小腸、結腸運動神經的支配來影響胃腸道運動。膽囊收縮素對胃運動的支配因物種而異，如對人、狗及負鼠的作用是松弛近端胃/刺激幽門括約肌從而延緩胃排空。膽囊收縮素對胃運動的調節非常復雜，神經介導和非神經介導的因素都存在，因此，很難說膽囊收縮素對某一物種的胃運動起什么作用16。而其對對小

18、腸運動的調節則非常簡單，是通過腸神經元支配的，作用是增加腸道運動，減少食物停留時間，使用膽囊收縮素對小腸末端刺激時所產生的此效果最為強烈16。促進胰腺發育和調節胰腺分泌膽囊收縮素能增加胰腺重量和胰腺酶釋放量，伴隨著重碳酸鹽和蛋白質釋放量的大增16。膽囊收縮素和碳酸膽堿(CCh)均能增加小鼠胰腺腺泡細胞肽鏈的延伸，胰腺腺泡細胞是胰腺內主要的內分泌細胞。此作用可能與兩種物質對真核細胞延伸因子eEF2 Thr56去磷酸化及其激酶eEF2K Ser366磷酸化的誘導有關25。關于膽囊收縮素和胰腺酶的分泌關系已經有很多研究，膽囊收縮素對大部分胰酶的分泌都有調節作用，如堿性磷酸酶、二糖酶及腸激酶等。特別是

19、膽囊收縮素對胰腺分泌的消化酶有強烈的促分泌作用，如其能增加胰淀粉酶、胰凝乳蛋白酶及胰蛋白酶等的合成。此外，膽囊收縮素還有促進胰島素和胰高血糖素分泌的作用16。此外，膽囊收縮素還有刺激膽管上皮細胞泌鹽，調節胃酸分泌、調節小腸血流量、抑制休克及休克保護、治療白內障等多方面作用16。2.2 胃促生長素2.2.1 定義胃促生長素(ghrelin , GRL)是Kojima等人于1999年發現的一種28肽，因其為生長激素促分泌素(Growth hormone secretagogue)受體的天然內源配體，因此命名為胃促生長素26。其發現得益于孤兒受體策略的使用，所謂孤兒受體策略是指在僅知道G蛋白偶聯受體

20、(G Protein-Coupled Receptor,GPCR)基因序列的情況下，用高通量的方法分離出相應天然配體的一種方法27。胃促生長素主要由胃腸道X/A樣細胞合成分泌，血液中的胃促生長素2/3來自于胃，另外約1/3來自于腸28。胃組織中的胃促生長素的含量最高，約占全身的20%29。胃促生長素主要分布于下丘腦弓狀核、腦干、垂體、胃、腸、胰、腎、肺、卵巢、睪丸、胎盤、甲狀腺、淋巴組織等，胃促生長素的廣泛分布提示其有自分泌或者旁分泌的作用28。2.2.2 結構人胃促生長素基因定位于3號染色體短臂，擁有4個外顯子及3個內含子，長度為5,199bp30。四個外顯子共同編碼mRNA，翻譯產生117

21、個氨基酸殘基的被稱為前胃促生長素原(preproghrelin)的前體多肽31。前胃促生長素原的117個氨基酸殘基中，N-端的23個氨基酸殘基為其信號肽序列，第24位至第52位的28個氨基酸為胃促生長素成熟肽序列，而C-端的脯氨酸-精氨酸(Pro-Arg , P-R)結構為其識別部位26。成熟的胃促生長素是由28個氨基酸殘基組成的多肽序列，N-端的5個氨基酸殘基是其最小的疏水中心，也是其活性中心，其活性與完整的胃促生長素基本相同，其序列為HOOC-Gly-Ser-Ser(n-辛酰基化)-Phe-Leu-32。若切除上述序列N-端的甘氨酸，生物學活性下降70%，若切除C-端的亮氨酸，生物學活性則

22、僅下降5%32。胃促生長素序列特征是第三位的絲氨酸被n-辛酰基化，n-辛酰基化對其透過血腦屏障及發揮生物學功能是必須的，非n-辛酰基化的胃促生長素沒有生物學活性且不能以主動運輸的方式透過血腦屏障。人體內除了正常切割而產生的胃促生長素以外，還存在著一種缺乏14位谷氨酰胺的胃促生長素，兩種胃促生長素生物學功能相同，但后者活性較低。睪丸中也會釋放一種特殊的胃促生長素，被稱為GGDT，擁有12個額外的氨基酸殘基31。在魚類中，不同物種之間胃促生長素序列的差異較為顯著，在魚類中，金魚的胃促生長素成熟序列僅有12或19個氨基酸殘基，日本鰻鱺僅有21個氨基酸殘基，羅非魚、黑鯛等僅有20個氨基酸殘基組成，序列

23、也與人類有很大不同。盡管如此，胃促生長素N-端的5個氨基酸殘基組成的保守序列還是具有極高的保守性。魚類和其他脊椎動物的不同還在于魚類胃促生長素C-末端大多有乙酰化修飾，而這種修飾方式鮮見于其他脊椎動物，是魚類特有的一種修飾方式33。2.2.3 受體胃促生長素的受體為一種較為保守的有7個跨膜區的G-蛋白偶聯受體，主要的G蛋白是Gp蛋白，主要的信息傳遞系統是磷脂酶C，三磷酸肌醇與蛋白激酶34。胃促生長素受體主要分為分為GHS-R 1a和GHS-R 1b 兩種類型。其中 GHS-R 1a為其功能性受體34，而GHS-1b 其功能尚不清楚。GHS-R廣泛分布于中樞神經系統和外圍器官組織。在腦內，GHS

24、-R主要分布部位為下丘腦(前腹側視前核、下丘腦前區、視交叉上核、下丘腦前外側核、視上核、下丘腦腹內側核、弓狀核、室旁核和結節乳頭體核)，海馬結構，丘腦區，黑質致密部，中縫背核，中縫正中核，背外側被蓋核、小腦顆粒層、被蓋腹側區、動眼神經副交感核，面神經，垂體，杏仁核，Cajal中介核等部位35。而在外圍器官GHS-R的主要分布部位為甲狀腺、腎上腺、胰、脾、肺、腸、心肌、脂肪組織、腎、睪丸、卵巢等以及免疫細胞32。胃促生長素受體分布如此廣泛，與胃促生長素的廣泛分布是相關的，也提示了胃促生長素的多效性作用。2.2.4 主要功能調節攝食胃促生長素可以促進動物攝食，增加體重，影響脂肪的利用，是胃腸肽中唯

25、一的就餐起始信號54-56。胃促生長素的刺激食欲作用可能是基于其對NPY和AgRP等下丘腦刺激食欲因子釋放的促進作用39。但是NPY-/-的小鼠仍能被胃促生長素作用而增加其食欲，再切斷AgRP途徑則增加食欲作用消失40。這些表明了AgRP途徑在胃促生長素控制食欲過程中起到了主導作用。胃促生長素在下丘腦食欲中樞中起著和瘦素相反的作用，可能和瘦素有拮抗效應，另外胃促生長素還可以直接作用于孤立的食欲素神經元40。傳統觀點認為，調節下丘腦活動的胃促生長素是從胃腸道分泌，經過循環系統而進入下丘腦發揮作用的26，而現在研究則表明下丘腦中至少一部分的胃促生長素是內源性的。Cowley et al.41認為下

26、丘腦中有一個之前不為人所知的區域表達胃促生長素，用以影響下丘腦其他區域，甚至腦外活動。這個區域非常接近于NPY的軸突末端，用以直接偶聯NPY對食欲的刺激作用。阻斷迷走神經的傳入神經后，胃促生長素對下丘腦食欲中樞的作用消失，表明胃促生長素所傳達的饑餓信息是通過迷走神經傳入中樞的26。但是迷走神經元被切斷后，胃促生長素能夠直接作用于胃和十二指腸，調節饑餓反應42。肥胖者注射胃促生長素后攝食量依然增加，說明并不存在胃促生長素抵抗25,61。缺乏胃促生長素的大鼠在食欲上和體重上與野生型大鼠并沒有區別44，說明了在控制食欲和能量平衡這方面，機體尚有很大的冗余度10。與膽囊收縮素不同，胃促生長素和酪酪肽的

27、作用都已經超越了攝食量調控的界限19，對胃促生長素來說就是其既可以引起食量的增多，又可引起就餐數目的增多19。促進生長激素釋放胃促生長素在體內還是體外都有強烈的劑量依賴性促進垂體生長激素(growth hormone , GH)釋放的作用，其作用強度高于生長激素釋放激素(growth hor-mone-releasing hormone , GHRH)和非天然生長激素促分泌素(growth hormone secreta-go-gue , GHS)。給大鼠注射胃促生長素后，血漿內GH水平劑量依賴性升高，但垂體GH mRNA的表達量未發生變化，故此胃促生長素可能只是促進GH釋放，而不是促進其合成

28、，且這個過程受生長抑素(somatostatin , SS)抑制。胃促生長素促進GH分泌的作用可能部分有GHRH的參與，或者依賴于一個完整的GHRH系統32。體內注射胃促生長素同樣也能促進腎上腺皮質激素、皮質醇、催乳素和醛固酮的釋放63-65。藉由轉錄控制因子pit-1，胃促生長素除了對GH分泌的控制，可能在生長激素細胞相關生理或病理學改變中發揮重要作用29。調節血糖胰島上存在著可以分泌胃促生長素的細胞，而GHS-1a可以在大鼠胰島及細胞上表達，它們之間可能通過旁分泌有調節作用66。胃促生長素通過Gs蛋白促進胰島素-細胞系NIT-T15細胞株的增殖，抑制其凋亡，使用胃促生長素抗體處理后細胞株凋

29、亡加速48。胃促生長素對胰島素的分泌有抑制作用，且抑制作用與葡萄糖濃度有關。在葡糖糖濃度為8.3-22mmol/L時，胃促生長素可以抑制胰島素的分泌，當濃度為3.3-3.5mmol/L或25mmol/L時抑制作用消失49。胃促生長素可以直接抑制葡萄糖誘導的cAMP產生和PKA的活化，從而導致電壓依賴型的鉀離子通道激活，抑制葡萄糖依賴型的Ca2+內流和胰島素的分泌50。參與某些疾病調控胃促生長素及其受體在B淋巴細胞、T淋巴細胞和嗜中性粒細胞中分布，提示其可能與機體的免疫有關51。事實上，胃促生長素的確在一些疾病中起著或多或少的作用。如在甲狀腺癌細胞系中，胃促生長素可以劑量依賴性的抑制癌細胞生長。

30、幽門螺桿菌感染會顯著降低胃促生長素的表達水平，而且在感染后恢復過程中，胃促生長素前體多肽的水平會一度達到原先水平的四倍52。另外在多囊卵巢綜合癥和高雄激素血癥中胃促生長素的表達水平均降低53。胃促生長素表達水平的病理學改變暗示其在這些疾病中可能發揮某些作用。此外，胃促生長素還有擴張血管，增加心臟每搏輸出量，增強記憶等多方面功能50,73。2.3 瘦素2.3.1 定義瘦素(leptin , LPT)是一種能夠抑制食欲，控制肥胖的胃腸肽。1950年Ingalls et al.發現了一個基因的隱性突變可以導致肥胖，他將該基因命名為肥胖基因(obese gene , obgene)55。1994年 Z

31、hang et al.利用克隆技術克隆出了小鼠的肥胖基因產物，這種產物是一種能抑制攝食、降低體重的多肽，故此命名為瘦素56。瘦素主要在外圍脂肪組織中分泌，與體脂含量正相關76,77，此外在骨骼肌和胃中也檢測到其存在59。胃腸道內，胃的P細胞和主細胞(chief cell)也能分泌瘦素，占瘦素循環濃度的1/4，稱之為胃泌瘦素(gastric leptin)，胃泌瘦素屬于胃腸肽的討論范疇，與脂肪組織分泌的瘦素在結構和功能上并無區別4。在魚類中使用免疫學方法和基因克隆的方法已經在鰻鱺、太陽魚、鮭魚，河鲀，鯉魚，草魚中發現了瘦素的存在60。2.3.2 結構人類瘦素基因定位于7號染色體長臂3區1帶3亞帶

32、(7q31.3)，基因全長約20kbp，由三個外顯子和兩個內含子組成。外顯子1無編碼區，外顯子2編碼區長141bp，外顯子3編碼區長360bp，整個ob基因的編碼區長501bp61。Ob基因是單拷貝基因，在哺乳動物和鳥類中具有高度的保守性，人、羊、兔、大鼠、小鼠、雞、鴨等均有較高同源性62。人類瘦素分子量約為16 kDa，由167個氨基酸殘基組成。N-端有21個氨基酸殘基組成的信號肽，表明瘦素是一種分泌蛋白，而成熟的蛋白質有146個氨基酸殘基56。分子結構中有4個非平行螺旋(A,B,C,D)，并由兩個長交叉和一個短的彎狀結構連接，以左手螺旋形式排列。瘦素分子中包含有兩個半胱氨酸，形成一個二硫鍵

33、，使得D螺旋與CD聯接形成36°，組成二硫鍵的兩個半胱氨酸的任何一個發生變異則導致瘦素失去活性62。根據氨基酸序列推測人瘦素分子一種球形分子，無明顯的結構域和跨膜區，以單體形式存在4。瘦素在體內以兩種形式存在，活性形態及與OB-Re結合的非活性形態，其中OB-Re是瘦素的一種可溶性受體63。2.3.3 受體瘦素受體(OB-R)是由db基因編碼的，屬于I類細胞因子受體超家族。OB-R包含四個纖維連接蛋白III型域，四個保守的半胱氨酸殘基，兩個細胞因子域結合位點。OB-R以二聚體形式存在，被配體激活64。通過不同的拼接方式，OB-R有六種不同的亞型。各個亞型的胞外結構域是相同的，但是胞內

34、結構域卻因長度不同而有所不同，包括一種可溶性亞型OB-Re，四種短亞型OB-Ra、OB-Rc、OB-Rd、OB-Rf和一種長亞型OB-Rb。胞內結構域的不同決定了其生物學活性，如OB-Ra是負責傳送瘦素通過血腦屏障，OB-Re則是作為循環中瘦素水平的調節劑。在六種亞型中，只有OB-Rb在瘦素信號轉導的過程中起作用64。所有的六個亞型都包含一個富含脯氨酸殘基的區域，被稱為box1，位于細胞內AA6-AA17區域。OB-Rb亞型，有一個接近300個氨基酸殘基的特殊擴展區域，使其成為一種全功能型受體，它沒有固定的酪氨酸激酶結構域，但是它的 box1能夠吸引和結合兩面神激酶(JAK)，box1和周圍的

35、序列對JAK的活性是必不可少的。此外OB-Rb延長區域的末梢發揮功能需要信號轉導與轉錄活化因子(STAT)信號。OB-Rb的分布與瘦素的作用范圍是很符合的，可以在很多組織和下丘腦中被發現。在其他受體亞型中，除了OB-Re之外都只限于瘦素的運輸，吸收和降解64。2.3.4 主要功能調節食欲和控制肥胖瘦素可以起到抑制食欲，減緩胃排空的作用。解剖學和功能學的研究都表明，瘦素對攝食的調節主要是通過調節下丘腦攝食中樞來完成的。其直接受體為POMC和NPY40。此外瘦素還能通過改變下丘腦的下行神經元的活性，提高胃神經元膽囊收縮素受體的活性從而協助增強膽囊收縮素的作用而調節食欲65。瘦素是一種食欲和體內能量

36、平衡之間的調節因子，瘦素基因突變失活的鼠表現出明顯的肥胖癥狀，而外源注射瘦素可以糾正這種癥狀20。對正常動物外源注入瘦素則出現劑量依賴性的攝食減少，注射大量的瘦素后能導致體重減輕，而注入瘦素對瘦素受體缺乏的鼠沒有此效應8。瘦素通常被認為是一種長效肥胖信號，因為它可以給大腦提供長效食物與能量平衡的調節信號20。另外，在大多數肥胖病例中，都出現了體內有較高的瘦素濃度，卻不能降低攝食量，這種癥狀被稱為瘦素抵抗，外源注射瘦素對這種肥胖患者沒有療效4。調節免疫瘦素對免疫系統有著強烈的調節作用，如對抗原遞呈細胞(antigen-presenting cell , APC)，對于自然殺傷細胞(natural

37、 killer cell , NK)以及對中性粒細胞的作用。此外瘦素能激活單核細胞，樹突狀細胞和巨噬細胞，刺激Th1型細胞因子分泌66。瘦素能促進樹突狀細胞(Dendritic cells , DC)的分化并延長其生存周期67。更重要的是，瘦素可以刺激T細胞表達，提高 T 細胞的生存率，并誘導如IFN-和IL-2等促炎癥型細胞因子的表達68，且瘦素對不同的T細胞亞群的作用有所不同64。對人類來說先天的瘦素不足會導致免疫失調，如兒童時期感染幾率上升，而使用瘦素則能有效治療瘦素不足引發的免疫缺陷64。瘦素或其受體基因缺陷型的小鼠，表現出細胞介導免疫的缺陷和淋巴組織萎縮，而且對感染和傷病更為敏感，其

38、巨噬細胞也無法清除細菌感染68。刺激神經及造血細胞發育瘦素在神經及造血細胞增殖調節方面也發揮著重要作用。瘦素對腦神經系統的發育起著極其重要的作用，實驗證明瘦素或其受體缺失的小鼠，其腦重量較野生型為輕，神經發育狀況也較差8。此外，瘦素受體在骨髓基質細胞中表達，說明了其對造血干細胞的調節作用，瘦素能刺激造血干細胞增殖，增加淋巴細胞，紅系細胞和骨髓細胞集群64。此外，作為一種脂肪分泌因子，瘦素對脂肪細胞的分化和增殖也有一定的作用，小濃度的瘦素可以刺激脂肪細胞增殖，而大濃度的瘦素則抑制其增殖69。此外，瘦素還有調節成骨形成，調節記憶等多方面作用8，其在肝病方面也可能發揮一定作用，特別是對非脂肪性酒精肝

39、有明顯地抑制作用70。3 胃腸肽與性成熟關系近年來的研究還表明，多數胃腸肽還參與動物性成熟及繁殖活動的調控，目前了解較多的是胃腸肽對脊椎動物繁殖的影響。脊椎動物從受精卵到發育為性成熟的個體一般經歷兩個階段，分別是營養生長階段和生殖生長階段。脊椎動物的生殖生長的起始時間，受多方面的調控。首先，脊椎動物性腺發育和性成熟一般都是由其自身的遺傳物質決定的。其次，遺傳物質在決定生物性腺發育的具體過程中，還要受到內在和外在因素的影響，例如對魚類等水生動物性腺發育有重要影響的因素有光照，溫度，外激素，鹽度，潮汐等外部因素以及營養狀況，激素分泌狀況等內部因素。以上所有的調控信號被稱為允許信號，在動物體發育到一

40、定階段后能夠一定程度地提前或者推遲性腺的發育。這些內外部狀況都是通過調節動物體內的下丘腦-垂體-性腺生殖軸來完成最后的調控，其中最重要的就是對 GnRH分泌的調節。GnRH是下丘腦分泌產生的一種神經激素，是由單拷貝基因表達加工而成的直鏈十肽72。其釋放是以脈沖方式分泌的，作用點在下丘腦垂體門脈系統73，由于其能和垂體促性腺激素分泌細胞的特異性受體結合而刺激促性腺激素的產生和釋放，因此對生殖軸和生殖活動調節起著關鍵性的作用74。GnRH主要調控兩種促性腺激素，促卵泡生成素(follicle-stimulating hormone , FSH)及促黃體激素促黃體生成素(luteinizing ho

41、rmone , LH)的合成與分泌72。同GnRH的釋放相適應，垂體釋放LH和FSH也是以脈沖方式進行，而且GnRH的釋放脈沖可以調節LH/FSH的比值，LH/FSH的比值隨著GnRH脈沖頻率的上升而上升75。LH的主要作用是促進雄性激素的合成，LH與FSH聯合作用可以促進卵泡的成熟及黃體的形成，以及雌激素的形成。FSH的作用則主要是促進精子生長。現有的研究表明，多種常見的胃腸肽都能對動物GnRH產生調控作用，甚至可直接或間接地作用于LH、FSH的釋放，從而對動物的性成熟和繁殖產生重要的影響。3.1 胃腸肽對下丘腦-垂體-性腺生殖軸的影響3.1.1 胃腸肽對下丘腦GnRH分泌的影響大量研究表明

42、，胃腸肽可直接作用于下丘腦，控制GnRH的釋放，從而調控動物性成熟的步伐。例如對雌性小鼠的實驗表明，腦室內注射瘦素，可以促進其LH釋放，說明了瘦素可能對下丘腦，特別是GnRH神經元有一定的調節作用，從而影響到腺垂體細胞的分泌。在下丘腦組織塊培養液中加入瘦素，也可以使培養液中GnRH濃度明顯升高。進一步的研究發現，下丘腦弓狀核中NPY神經元上有瘦素受體表達，而GnRH神經元上有NPY受體表達，NPY是腦內的一種重要活性物質，對GnRH具有重要的調控作用，瘦素可能是通過調節下丘腦中的NPY而間接地參與GnRH分泌的調節71。瘦素的主要作用是調高GnRH表達，而胃促生長素的作用與之相反。胃促生長素對

43、GnRH的表達是抑制的作用76。胃促生長素還能通過調低GnRH脈沖頻率來對雄性小鼠下丘腦進行調控。與瘦素類似，胃促生長素對下丘腦GnRH分泌的調控也可能是通過NPY或者AgRP進行的77。和胃促生長素的作用類似，膽囊收縮素也能調節GnRH脈沖頻率，有研究證明膽囊收縮素對雌性綿羊GnRH脈沖有強烈的刺激作用78。由于GnRH分泌區域有膽囊收縮素的受體分布，故此膽囊收縮素可能是直接調節其受體而發揮作用，也可能是通過對阿片系統的阻斷發揮作用。此外膽囊收縮素和GnRH還有一種協同分泌機制，起到相互調節作用79。3.1.2 胃腸肽對垂體及性腺發育的影響除了影響下丘腦GnRH的分泌活動外，胃腸肽還能對垂體

44、及性腺等生殖軸其他部位直接產生作用。如瘦素能對垂體及生殖腺產生多效性作用80。Carro81等研究了瘦素抗體治療對雌鼠LH的波動性和動情周期的影響，發現治療鼠LH波動頻率明顯增加，生殖功能也顯示出障礙。Barash82等發現，給雄鼠和雌鼠投喂重組瘦素，14天后處死動物，投喂瘦素的雌鼠血清LH水平升高，卵巢和子宮重量增加并且卵巢和子宮均發生組織學方面的變化；投喂瘦素的雄鼠血清促卵泡激素(FSH)水平升高，睪丸和精囊重量增加，精囊上皮細胞的高度和精子數量也明顯增加。人們從動物實驗中發現，肥胖雌性小鼠經瘦素治療后其卵巢的重量增加，卵巢上的原始卵泡、初級卵泡、次級卵泡及成熟卵泡也明顯增加，提示瘦素在一

45、定程度上提高了卵巢的生理功能。但是在離體培養的顆粒細胞與卵泡膜細胞中加入瘦素，觀察到瘦素對FSH、LH 分別誘導產生的雌激素、雄激素并無影響，但可明顯抑制胰島素樣生長因子(IGF-I)對FSH、LH的協同作用，使FSH誘導顆粒細胞產生的雌激素減少、LH誘導卵泡膜細胞產生的雄激素減少，說明瘦素能直接抑制IGF-I對卵巢顆粒細胞、卵泡膜細胞的作用，從而抑制了顆粒細胞分化與卵細胞成熟80。另外，研究表明胃促生長素也能對垂體及生殖腺產生重要影響，胃促生長素在垂體中可以提高LH和FSH的基底濃度，阻斷 LH對GnRH的反饋調節，并且能夠直接對性腺產生一定作用77。3.2 胃腸肽對kisspeptin促分

46、泌作用Kisspeptin發現于1996年，是KiSS-1基因表達產物83。近些年來，kisspeptin對生殖的調節越來越受到人們關注。首先是因為kisspeptin能夠刺激GnRH的釋放。其次，人們發現kisspeptin是動物生殖生長起始信號，在動物性成熟的啟動過程中扮演著重要作用84。近年來的研究表明動物體的性腺發育的起始正是由KiSS-1基因的激活表達，從而促進下丘腦GnRH的釋放而引起的。KiSS-1基因表達正是很多胃腸肽的調控對象。大量研究表明，瘦素可以促進動物體KiSS-1基因的表達和kisspeptin的分泌。如研究發現，禁食的大鼠和ob/ob小鼠ARC中KiSS-1 mRN

47、A的表達減少，而瘦素處理后增加了ARC中KiSS-1 mRNA的表達。有大約60%的KiSS-1神經元表達瘦素受體。這些數據說明了kisspeptin接受了來自瘦素的直接刺激。與瘦素相似，胃促生長素對也能對kisspeptin的表達和分泌產生調控作用，但與瘦素對kisspeptin刺激作用相反，胃促生長素對kisspeptin的釋放起到抑制作用85。如Forbes86研究發現，給雌鼠注射胃促生長素(3nM/250 microl)可有效降低下丘腦內側視前區KiSS-1基因的表達，同時也可使雌鼠血清中的LH顯著降低，從而達到抑制生殖生長的作用。但總體而言，當前有關胃腸肽對魚類KiSS-1基因表達及

48、kisspeptin分泌影響的直接實驗證據仍然較少，有關其確切機制和調控作用途徑仍有待于深入研究。3.3 營養-胃腸肽-性成熟的偶聯關系動物在長期進化中發展出一種適應環境、有利于自身及后代生存的本能，即在營養供應最為充足時則按時進行或者提前進行后代的繁衍，在營養供應不足時則暫時不進行或推遲生殖生長和后代的繁衍，這種長期進化的適應機制對于維持物種的生存及穩定種群規模均具有重要的意義。這種營養與繁殖的關系被稱為營養-性成熟偶聯關系，在許多動物中普遍存在。在營養和生殖系統之間需要有特定信號的介導，作為反映并調控體內營養狀況的一類激素，胃腸肽就是這樣一類理想的介導信號。它一方面通過食物及營養物質對胃腸

49、道的作用與動物的營養狀況相聯系，另一方面又通過其本身對下丘腦-垂體-性腺生殖軸的調控作用與性腺發育和生殖生長建立聯系，從而將動物的營養狀況與性成熟偶聯起來。近年的研究表明，與多數環境因子一樣，營養狀況在生殖生長及性成熟中也作為一個允許信號而發揮重要調節作用。當食物攝入較少，營養水平較低時，體內胃促生長素等胃腸肽的水平上升，通過對KiSS-1基因表達的負向調控作用，從而抑制kisspeptin的分泌，降低下丘腦GnRH的釋放，進而降低垂體LH和FSH的釋放，并且直接刺激性腺，降低性激素釋放，延緩動物的性成熟。而食物攝入較多，營養水平較高時，體內瘦素等胃腸肽的水平上升，則會觸發相反的作用，通過提高

50、 KiSS-1基因的表達，促進下丘腦GnRH的釋放，進而提高血清LH和FSH的濃度，并直接刺激性腺，提高性激素釋放，加快動物的性成熟。營養-胃腸肽-性成熟三者的偶聯關系可用圖2.2來進行直觀的展現。由圖可見，無論是攝食刺激信號如瘦素，或者是抑制信號如胃促生長素等，都能以相同方式調控生殖軸和性腺發育。動物體正是依靠營養-胃腸肽-性成熟三者的偶聯關系，實現性腺發育及生殖生長對營養條件及良性環境的精確響應。圖2.2 營養-胃腸肽-性成熟偶聯關系示意圖4 本研究的意義如上所述，胃腸肽在動物性成熟過程中扮演著重要角色，據信它在養殖動物特別是養殖魚類的性早熟發生中可能也發揮類似的重要作用，對于它的研究，有

51、助于揭示養殖條件下魚類性早熟的機制，有助于建立營養-胃腸肽-性成熟三者的關系，為今后從營養條件控制入手對養殖魚類性早熟的防治奠定基礎，但其第一步需要對魚類胃腸肽基因及其表達特性進行深入研究。浙江大黃魚在1996年起步，現在已經擁有840萬m3水體規模，產值已經達到13億元。浙江省網箱養大黃魚存在嚴重的性早熟現象極大地阻礙了大黃魚養殖業的發展和經濟效益的提高87。胃腸肽的研究有望為解決性早熟問題提供新的思路，有助于養殖產業的健康發展，對提高養殖產業的社會經濟效益，具有十分重要的意義。參考文獻1鄭芝田.胃腸病學M.第3版.北京:人民衛生出版社,2000:17-23.2朱智明, 段立平, 高連如,

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